FLAC3D在循环荷载下饱与软粘土孔压数值模拟中应用［摘要］本文利用FLAC3D软件对循环荷载作用下的饱和软粘土动孔隙水压力进行了数值模拟，通过计算得到动孔隙水压力累积特性及发展规律，与室内模型试验所取得的孔隙水压力曲线进行了对比分析，得出数值模拟的结果是准确有效的。［关键字1FLAC3D循环荷载孔隙水压力数值模拟［中图分类号］P619.23+1［文献码］B［文章编号］1000-405X(2013)-5-314-21引言对于那些由饱和土或少粘性土组成的土工建筑物或地基，在振动荷载作用下因孔隙水压力上升，抗剪强度降低而可能造成过量变形或液化流动问题，需要进行土体的动力反应分析，并在此基础上进行动力稳定分析。采用有效应力法进行这类分析，比总应力法更为合理。因此如何合理考虑和描述振动孔隙水压力的影响十分重要。许多学者［1-4］对动孔隙水压力的变化规律及计算模型做了一定程度的研究。本文使用ITASCA公司的FLAC3D三维快速拉格朗日差分程序，应用合适的计算模型，尝试更准确的动态模拟循环荷载作用下的饱和软粘土动孔隙水压力的变化。2室内模型试验室内循环荷载模型试验是在1.2X1.0X1.2m（长X宽X深）的坑道内完成的，引导车道总长8.0m,引导车道中轴线位置设置导槽。室内试验路基土采至广州某高速公路软基段施工场地，为淤泥质粉质粘土，取样深度加。物理力学性质指标如下：V=16.8kN/m3,e=l.808,IP=21,c=2.8kPa,w=46.2%,wL=48%,wP=27%,=1.68g/cm3,4=12.80。模型试验仪器埋设见图1,总共埋设3个动土压力盒，埋设深度分别基层底面以下15.0cm、45.Ocm和85.Ocm；埋设3块沉降板，深度与动土压力盒位置一致；埋设孔隙水压力计1个，埋设深度为基层底面以下15.0cmo不同荷载等级采用铁袪码进行加载，袪码加载等级分别为10.0、30.0和50.Okgo试验循环加载次数为1〜300次，按3种车重、3种车速分别进行，共9组试验。3动孔压的FLAC3D数值模拟3.1计算模型及材料参数为了跟室内模型模拟试验进行对比。采用FLAC3D程序构建模型的尺寸为1.2X1.0X1.15m,共分为三层，由上至下分别为混凝土面层，砂层和饱和软粘土层，厚度分别为5cm,10cm和100cmo监测点位于模型的中心线上，计算网格见图2。选择与模型试验一致的参数进行计算，见表1。3.2静力计算及加载方式为了保证动力计算开始时模型中的初始应力分布与实际情况相一致，先进行静力计算，使模型在自重下达到平衡。图3为静力计算结束后，模型初始竖向应力分布云图，从图中可以看出，计算得到的初始应力分布和实际情况是一致的。在本次数值模拟中选取的交通荷载形式为如下正弦荷载：其中,p0=39.4kPa,pl=39.4kPaX0.1=3.94kPa,1=1.2m,v=4m/so按室内模型试验的加载情况，将荷载分别施加在模型车的四个轮子相应的范围上（图4）,轮子间距为30cmX20cm,轮高6cm,轮宽2.5cmo3.3孔压模型选择FLAC3D可以进行动力与渗流的耦合分析，能够模拟饱和软粘土在动力作用下的孔压积累直至土体的液化，FLAC3D采用Firm模型来描述这种孔压积累的效应。对模型先进行静力分析，再施加动力时程。模型采用弹塑性模型，破坏准则采用摩尔-库仑准则。4数值模拟结果的分析采用非线性动力流体耦合分析方法对交通循环荷载作用下的饱和软粘土动孔压进行了数值模拟计算。图5和图6分别是加载50个周期后的竖向应力曲线和沉降曲线。从图5中可以看出，应力较大的区域基本上集中在面层范围及其下方，面层和基层的接触点上出现了应力集中现象。但在基层之下，由于扩散作用，应力分布已经比较均匀。从图6中可以看出，沉降分布基本上随深度线性变化,在面层顶沉降值最大，由上而下，逐渐递减。图7为深度为0.30m、0.55、0.95的饱和软粘土动应变增量随加载周期变化曲线。从图中可以看出0.30m深度的动应变增量要远大于其他两个深度的动应变增量，这说明，动应变增量是随深度递减的。0.55m深度和0.95m深度的数值相差并不大，这说明动应变在深处的衰减是缓慢的，在浅层衰减较快。图8是本次数值模拟得到的动孔压时程曲线，从图中可以看出随着循环加载次数N的不断增加，孔隙水压力不断增长。在加载次数较少的情况下，孔隙水压力较小，但发展迅速，孔隙水压力累积的速率较大；当达到一定加载次数之后,孔隙水压力曲线出...